[发明专利]一种复合材料层合结构各向异性损伤辨识方法

权利要求书

1.一种复合材料层合结构各向异性损伤辨识方法，其特征在于：基本于正向求解与反向辨识结合实现，步骤如下：

第一步：针对复合材料层合结构中的危险区域，布置k个压电传感器PZT和l个应变传感器，选定激励频率ω_c，该激励频率ω_c作为中心频率激励出兰姆波对应的波包沿各个方向θ的传播速度V_g(θ)；

第二步：在载荷施加的过程中，保持压电和应变信号的持续采集，当相邻两次的压电信号差的最大模值超过设定的阈值th_pzt时，开始进行损伤区域的判别；所述损伤区域判别的具体过程为：激励第m个PZT，m＝1,…,k，第n个PZT接收到的损伤散射信号RA_n(t)，n＝1，…，m-1,m+1,…,k，然后从RA_n(t)中提取第一个直达波，并计算所述直达波从第m个PZT到第n个PZT所经过的时间ToF_mn；

第三步：根据测量的传播速度V_g(θ)和时间ToF_m计算出对应于激励-传感通道的损伤边界点所在的轨迹L_b-mn，第m个PZT激励，第n个PZT接收；

第四步：重复第二步和第三步，直到所有的PZT均被激励过，得到由多组边界点轨迹组成的曲线集合L_b＝[L_b-12,L_b-13,...]，然后通过计算曲线集合L_b的外切曲线db(L_b)对损伤边界进行估计，根据辨识出的损伤区域，筛选出区域内部的结构单元，将刚度衰减值视为是损伤参数，定义损伤参数集合；

第五步：在第四步辨识出损伤区域之后，首先根据载荷施加的历程，对当前损伤状态进行一次估计，即根据载荷历程计算层合结构有限元模型中各个单元的应力状态，根据Hashin失效准则，当某个单元处于失效状态时，根据该单元失效模式的不同，对该单元弹性参数进行折减；由此，根据正向求解的方法得到损伤参数集合的初值

第六步：从初值开始，建立损伤参数量化的优化模型，利用序列二次规划方法进行求解，通过这样的反向辨识方法得到真实的损伤参数取值。

2.根据权利要求1所述的复合材料层合结构各向异性损伤辨识方法，其特征在于：所述第三步中，轨迹L_b-mn的计算过程如下：

L_b-mn＝ToF_mn×(V_g(θ_m)+V_g(θ_n))/4 (1)

其中θ_m和θ_n分别指第m个PZT和第n个PZT与损伤可能位置之间的夹角；V_g(θ_m)和V_g(θ_n)指兰姆波对应于夹角为θ_m和θ_n的传播速度，此处的损伤可能位置采用时间反转成像和椭圆成像获得；ToF_mn×(V_g(θ_m)+V_g(θ_n))/2是兰姆波从第m个PZT传递到第n个PZT的距离，相当于椭圆焦距的2倍，再除2得到的是椭圆的焦距，从而直接得到L_b-mn(θ_m,θ_n)的控制参数。

3.根据权利要求1所述的复合材料层合结构各向异性损伤辨识方法，其特征在于：所述第四步中，外切曲线db(L_b)的估计过程为：

其中||指曲线之间的外切状态。